二次元フーリエ分光法による鉛ペロブスカイト太陽電池の電子状態とその動的特性の解明

使用二维傅里叶光谱阐明铅钙钛矿太阳能电池的电子态和动态特性

• 批准号: 21K03429
• 负责人: 小川 佳宏
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Joetsu University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03429/
• 关键词: 二次元フーリエ分光; 鉛ペロブスカイト; 太陽電池; 非線形分光

鉛ペロブスカイト太陽電池は、その優れたエネルギー変換効率から新しい太陽電池材料として期待されている。この材料に特有の長寿命のキャリアが存在できる理由として、ポーラロン効果とラシュバ効果が有力である。本研究では、我々が考案した光電流をプローブとした二次元フーリエ分光法を用いることで、鉛ペロブスカイト太陽電池のバンド端近傍の電子状態とその動的特性を解明する。二次元フーリエ分光法は、位相制御した光パルス列を用いることで、光の吸収過程と放射過程についての二次元スペクトルを得ることができる手法である。これにより、鉛ペロブスカイト太陽電池における長寿命キャリアの起源を明らかにする。本研究では典型的な鉛ペロブスカイト太陽電池としてMAPbBr_3単結晶を用いることとする。今年度は、初めに測定を行うための光源を準備した。Tiサファイアオシレーターにより発生させた1.5 eVのフェムト秒パルスをフォトニック結晶ファイバーに入射することで、スーパーコンティニウム(SC)光を発生させた。SC光を用いることでMAPbBr_3単結晶のバンド端（2.3 eV）で実験を行うことができる。SC光はチャープ量が大きくパルスの時間幅が非常に大きいことから、プリズムペアを用いてパルスの分散補償をすることで時間幅の圧縮を行った。次に、MAPbBr_3単結晶の二次元フーリエ分光測定を行った。ネストしたマッハツェンダー干渉計によりパルス列を作り、試料に照射することで発生する光電流を測定した。パルス列の時間間隔を走査することで二次元データを取得し、これをフーリエ変換することで二次元スペクトルを得た。試料は冷凍機を用いて冷却し、7 Kと160 Kで二次元スペクトルを得ることができた。バンド端近傍に励起子に由来すると考えられるピークを観測することができた。

铅钙钛矿太阳能电池因其优异的能量转换效率而有望成为一种新型太阳能电池材料。极化子效应和拉什巴效应可能是这种材料特有的长寿命载流子存在的原因。在这项研究中，我们将通过使用光电流作为探针的二维傅里叶光谱来阐明铅钙钛矿太阳能电池带边附近的电子态及其动态特性。二维傅里叶光谱是利用相控光脉冲序列获得光吸收和发射过程的二维光谱的方法。这揭示了铅钙钛矿太阳能电池中长寿命载流子的起源。在本研究中，我们将使用MAPbBr_3单晶作为典型的铅钙钛矿太阳能电池。今年年初，我们准备了测量用的光源。通过将钛蓝宝石振荡器产生的 1.5 eV 飞秒脉冲注入光子晶体光纤来产生超连续谱 (SC) 光。通过使用SC光，我们可以在MAPbBr_3单晶的带边（2.3 eV）处进行实验。由于SC光具有大量的啁啾和非常大的脉冲时间宽度，我们通过使用棱镜对补偿脉冲色散来压缩时间宽度。接下来，我们对 MAPbBr_3 单晶进行了二维傅里叶光谱测量。使用嵌套式马赫-曾德干涉仪创建脉冲序列，并测量照射样品产生的光电流。通过扫描脉冲串的时间间隔获得二维数据，并通过对该数据进行傅立叶变换获得二维频谱。使用冰箱冷却样品，并在7 K和160 K下获得二维光谱。在带边缘附近观察到了被认为源自激子的峰。

项目成果

Spectral characterization of the Rashba spin-split band in a lead halide perovskite single crystal by photocurrent heterodyne interference spectroscopy

光电流外差干涉光谱法表征卤化铅钙钛矿单晶中的 Rashba 自旋分裂带

• DOI: 10.1103/physrevb.103.l081201
• 发表时间: 2021-02-04
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Y. Ogawa;H. Tahara;Nanako Igarashi;Y. Yamada;Y. Kanemitsu
• 通讯作者: Y. Kanemitsu

Variable immersion microscopy with a high numerical aperture

具有高数值孔径的可变浸没显微镜

• DOI: 10.1364/ol.416006
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 3.6
• 作者: Keita Ishida; Kanta Naruse; Yuta Mizouchi; Yoshihiro Ogawa; Michio Matsushita; Takeshi Shimi; Hiroshi Kimura; Satoru Fujiyoshi
• 通讯作者: Satoru Fujiyoshi

Spectral characterization of the Rashba spin-split band in a lead halide perovskite single crystal by photocurrent heterodyne interference spectroscopy

光电流外差干涉光谱法表征卤化铅钙钛矿单晶中的 Rashba 自旋分裂带

• DOI: 10.1103/physrevb.103.l081201
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yoshihiro Ogawa; Hirokazu Tahara; Nanako Igarashi; Yasuhiro Yamada; Yoshihiko Kanemitsu
• 通讯作者: Yoshihiko Kanemitsu

Variable immersion microscopy with a high numerical aperture

具有高数值孔径的可变浸没显微镜

• DOI: 10.1364/ol.416006
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 3.6
• 作者: Keita Ishida; Kanta Naruse; Yuta Mizouchi; Yoshihiro Ogawa; Michio Matsushita; Takeshi Shimi; Hiroshi Kimura; Satoru Fujiyoshi
• 通讯作者: Satoru Fujiyoshi

光電流をプローブとしたGaAsのヘテロダイン干渉分光測定

使用光电流作为探针的 GaAs 外差干涉测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 富塚太智;小川佳宏;田原弘量;金光義彦
• 通讯作者: 金光義彦